[发明专利]一种碳纳米管增强共固化阻尼复合材料及其制备方法

说明书

本申请提供一种碳纳米管增强共固化阻尼复合材料及其制备方法。本方法首次提出使用氢化羧基丁腈橡胶作为粘弹性阻尼夹芯材料嵌入到复合材料中，氢化羧基丁腈橡胶粘弹性材料能够与环氧树脂基体在共固化过程中通过物理融合和化学交联形成互穿网络结构，从而使本复合材料具备优异的层间结合性能。另外，本申请在碳纤维表面引入碳纳米管，不同碳纳米管含量的环氧树脂基碳纤维预浸料经过叠加固化能够形成呈功能梯度分布的复合材料。与传统复合材料相比，本结构可以大幅提高界面结合强度、减小残余应力和热应力；消除连接材料中界面交叉点以及应力自由端点的应力奇异性；增强连接强度且减小裂纹驱动力，从而提升本共固化阻尼复合材料的整体力学性能。

技术领域

本发明涉及结构功能复合材料技术领域，尤其涉及一种碳纳米管增强共固化阻尼复合材料及其制备方法。

背景技术

由于复合材料具有比强度高、比刚度大、比模量高和抗疲劳等诸多优点，已逐步取代木材及金属合金材料，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑和健身器材等领域。其中，非金属复合材料的基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等，增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属等。

为了进一步提升非金属复合材料的阻尼性能，可在传统的树脂基纤维增强复合材料的基础上，将阻尼材料通过与树脂共固化的方式嵌入到复合材料中。目前，常用的阻尼材料是已硫化橡胶，其表面分子活性低，耐老化性能和粘合力学性能较差，使得复合材料的界面结合性能和整体力学性能显著下降，在使用过程中容易出现老化脱落，使复合结构失去承载能力，严重限制了其应用。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种碳纳米管增强共固化阻尼复合材料及其制备方法。

第一方面，本发明提供一种碳纳米管增强共固化阻尼复合材料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在碳纤维表面生长碳纳米管，将生长有碳纳米管的碳纤维与环氧树脂相结合制备碳纳米管改性的环氧树脂基碳纤维预浸料，将碳纳米管含量不同的所述环氧树脂基碳纤维预浸料按照梯度顺序铺设，形成呈功能梯度分布的复合材料预成型体；

步骤2：将剪裁好的氢化羧基丁腈橡胶进行塑炼和混炼，得到混炼均匀的原胶；

步骤3：将所述混炼均匀的原胶溶于易发挥的有机溶剂中形成胶浆，将所述胶浆均匀涂覆至基片上，制成粘弹性阻尼薄膜；

步骤4：通过热压罐共固化工艺，将所述粘弹性阻尼薄膜作为中间层嵌入到两个所述复合材料预成型体之间。

优选的，所述在碳纤维表面生长碳纳米管还包括如下步骤：

将碳纤维在N₂气氛中进行热处理，得到脱浆碳纤维；

将所述脱浆碳纤维加入5 wt%的NH₄H₂PO₄水溶液中进行电解，得到改性碳纤维；

将所述改性碳纤维浸入具有不同催化剂前驱体的乙醇溶液中，得到带有前驱体涂层的碳纤维，其中，所述不同催化剂包括：九水合硝酸铁、六水合硝酸镍、六水合硝酸钴；

将所述带有前驱体涂层的碳纤维在N₂保护下升温至440℃并保温20min，再通入H₂升温至460℃后保温，最后通入C₂H₂。

优选的，所述步骤2还包括如下步骤：

将剪裁好的氢化羧基丁腈橡胶加入开炼机中塑炼2-3 min；

将防老剂对，对－二异丙苯基二苯胺、补强剂N330炭黑加入到塑炼后的氢化羧基丁腈橡胶中混炼5-7min，然后加入交联剂BIBP、硫化助剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷、促进剂ZnO-80混炼3-4min，得到预硫化的氢化羧基丁腈橡胶；